3.3能量守恒定律-同步练习(word版含答案)

3.3能量守恒定律
一、选择题（共13题）
1．17世纪70年代，英国赛斯特城的约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”，如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔处又掉下。下列关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A．满足能量守恒定律，所以可能实现
B．如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C．如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D．违背能量转化和守恒定律，不可能实现
2． “第一类永动机”不可能被制造成功是因为违反了以下哪一个规律
A．能量守恒定律 B．机械能守恒定律
C．牛顿第二定律 D．万有引力定律
3．下列说法中正确的是（　　）
A．某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加
B．能量耗散表明，能量的总量并不守恒
C．随着科技的发展，能量是可以凭空产生的
D．随着科技的发展，永动机是可以制成的
4．在学习了内能及能量的转化和守恒后，同学们在一起梳理知识时交流了以下想法，你认为其中不正确的是（ ）
A．做功可以改变物体的内能
B．热传递改变物体内能是不同形式的能量的相互转化
C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化
D．能量在转移和转化的过程中总会有损耗，但能量的总量总保持不变
5．为了探究能量转化和守恒，小明将小铁块绑在橡皮筋中部，并让橡皮筋穿入铁罐，两端分别固定在罐盖和罐底上，如图所示． 让该装置从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，发现橡皮筋被卷紧了，接着铁罐居然能从B处自动滚了上去．下列关于该装置能量转化的判断正确的是
A．从A处滚到B处，主要是重力势能转化为动能
B．从A处滚到B处，主要是弹性势能转化为动能
C．从B处滚到最高处，主要是动能转化为重力势能
D．从B处滚到最高处，主要是弹性势能转化为重力势能
6．下列说法正确的是（　　）
A．第一种永动机能够被制造出来是它遵循了热力学第一定律
B．两种物质温度相同时，其分子平均动能不一定相同
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都增大
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击引起的
7．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为（　　）
A．它不符合机械能守恒定律 B．它违背了能量守恒定律
C．没有合理的设计方案 D．找不到合适的材料
8．在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会（　　）
A．降低 B．不变 C．升高 D．无法判断
9．生活实例——光伏发电利用新能源的实际应用
光伏产业是新能源产业的重要发展方向之一，光伏市场的发展对于优化我国能源结构、促进能源生产和消费革命、推动能源技术创新等方面都有重要的意义．如图所示，是某户居民楼顶平台安装的12块太阳能电池板．据楼主介绍，利用这些电池板收集太阳能发电，发电总功率可达3 kW，工作电压为380 V，设备使用年限在25年以上；发电总功率的30%供自家使用，还有富余发电以0.4元/度(1度＝1 kW·h)价格并入国家电网．则下列说法可能正确的是(　　)
A．该光伏项目年发电量约为1.3×104 kW·h
B．该光伏项目的工作总电流约为0.3 A
C．该光伏项目平均每天的发电量大约可供一盏60 W的白炽灯工作125小时
D．该光伏项目富余发电的年收入约为7 000元
10．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时对外放热40J，气体内能的增量ΔU为（　　）
A．60J B．-60J
C．-140J D．140J
11．下列说法正确的是
A．能量耗散的说法与能量守恒定律是互相矛盾的
B．在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，将势能转化为内能，温度升高
C．彩色液晶显示器利用了液晶的电学性质具有各向异性的特点
D．液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间相互作用表现为引力
12．一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗电能，放出约的热量。下列说法正确的是（　　）
A．空调制热过程产生了新能量
B．空调制热时放出的热量全部是由电能转化面来的
C．此过程违反了能量守恒定律
D．空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收
13．某偏远山区为了实现供电，自己修建了小型水利发电站。如图所示，若该发电站蓄水池平均每天蓄水的有效总库容量为，发电过程中上下水库平均水位差为。则下列说法正确的是（　　）
A．若每天发电，则能源利用效率约为35%
B．发电时下水库出水口的水流速度可达到
C．蓄水池中水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
D．平均每天所发电能可供10户居民同时用电（每户电功率为）约
二、填空题（共4题）
14．请在箭头上填上发生能量转化的装置或器具。
（1）（______）
（2）（______）
（3）（______）
（4）（______）
15．在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度_______（选填“升高”、“降低”或“不变”），这是因为___________。
16．火力发电的过程是用燃料燃烧产生的热能来加热水，使水变成高温、高压的水蒸气，再由水蒸气推动发电机旋转发出电能的过程，从能的转换角度来看，实质上是______能转化为______能，再转化成______能，最后转化成电能的过程。
17．用活塞将一定质量的理想气体密闭在气缸内。通过外界因素改变缸内气体的状态，气体从状态A经状态B变化到状态C，再从状态C回到状态A，其体积的倒数与压强的变化关系图像如图所示，图中AB与横轴平行，BC与纵轴平行。AC的连线过坐标原点。从状态A到状态B的过程中，气体____（填“吸热”“放热”或“绝热”）；从状态B到状态C的过程中，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数____（填“增大”“减小”或“不变”）；从状态C到状态A的过程中，气体的内能____（填“增大”“减小”或“不变”）。
三，计算题（共3题）
18．查阅资料，了解在发电过程中能量是怎么转化的。哪种形式的能量损失得最多？这些损失的能量最终去了哪里？请写出你的结论。
19．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作。过一段时间，房间内的温度将如何变化？为什么？
20．如图甲所示，绷紧的水平传送带始终以恒定速率v1运行，一质量m = 1kg，初速度大小为v2的煤块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带．若以地面为参考系，从煤块滑上传送带开始计时，煤块在传送带上运动的速度-时间图象如图乙所示，取g = 10m/s2，求：
(1)煤块与传送带间的动摩擦因数；
(2)煤块在传送带上运动的时间；
(3)整个过程中由于摩擦产生的热量.
参考答案
1．D
【详解】
维尔金斯“永动机”不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。铁球上升过程中，磁场力对铁球做正功，使铁球增加了机械能；但铁球下落时，同样也受到磁场力，而且磁场力做负功，这个负功与上升过程的正功相互抵消，可见，维尔金斯“永动机”不可能源源不断向外提供能量，所以，维尔金斯“永动机”不可能实现。
故选D。
2．A
【分析】
第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律．
【详解】
第一类永动机制不成，是因为它违反能量守恒定律；与其他的三个定律无关．故A正确，BCD错误。
3．A
【详解】
A．根据能量守恒定律，某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，故A正确；
B．能量耗散表明，能量的总量虽然守恒，但其转化和转移具有方向性，故B错误；
C．根据能量守恒定律，能量是不能创生的，故C错误；
D．永动机违背了热力学第一和第二定律，故是不可能制造成功的，故D错误；
故选A。
4．B
【详解】
A．做功和热传递都可以改变物体的内能，故A说法正确，不符合题意；
B．热传递是不同物体间的内能相互转移，故B说法错误，符合题意；
C．在一定条件下各种形式的能量都可以相互转化，故C说法正确，不符合题意；
D．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，例如电动机的工作原理就是电能转化为机械能，但是因为机械之间存在摩擦，摩擦生热，所以有一部分电能转化为内能，而这部分的能量转化是我们不需要的，所以可以称这部分能量损耗了．根据能量守恒定律，自然界中所有能量的总量保持不变，故D说法正确，不符合题意．
故选B．
5．D
【详解】
试题分析：A、铁罐从不太陡的斜面上A处滚下，到斜面上B处停下，A处与B处动能相同，重力势能减少，橡皮筋被卷紧了橡皮筋的弹性势能增加，即从A处滚到B处，主要是重力势能转化为弹性势能，A选项错误
B、理由同A选项，B选项错误
C、从B处滚到最高处，重力势能增加，橡皮筋的弹性势能减少，即橡皮筋的弹性势能转化为重力势能，C选项错误
D、理由同C选项，D选项正确
故选D
6．D
【详解】
A．第一种永动机不能被制造出来，因为它违背了热力学第一定律，即能量守恒定律，所以A错误；
B．温度是物质的分子平均动能的宏观标志，因此两种物质温度相同时，其分子平均动能一定相同，所以B错误；
C．当分子之间距离增大时，分子间的引力和斥力都减小，但斥力减小的快，所以C错误；
D．液体中悬浮微粒的布朗运动是由做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的，所以布朗运动能够间接地反映液体分子的无规则运动，所以D正确。
故选D。
7．B
【详解】
第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律。
故选B。
8．C
【详解】
冰箱只是把冰箱内的热量移到外面，但在绝热的密封舱中，冰箱门打开，整个房间内的热量应该是不变的，由于整个过程中只有电在做功，产生焦耳热，电能转化为内能，根据能量守恒可知室内温度升高了。
故选C。
9．A
【详解】
A．该光伏项目年发电量为：
E＝Pt＝3 kW×12 h×365＝1.314×104 kW·h，
故A正确；
B．该光伏项目的工作总电流为：
，
故B错误；
C．该光伏项目平均每天的发电量可供一盏60 W的白炽灯工作：，故C错误；
D．该光伏项目富余发电的年收入约为：
Pt×70%×0.4元/(kW·h)＝3 kW×12 h×365×0.7×0.4元/(kW·h)＝3679.2元；
故D错误。
故选A。
10．C
【详解】
由热力学第一定律得
故选C。
11．D
【分析】
能量的耗散只是能量的品质降低，并不违背能量守恒定律；根据热力学第一定律理解问题；液晶具有光学各向异性；熟悉表面张力形成的原因。
【详解】
A．能量耗散的过程中能量向品质低的大气内能转变，但是总的能量是守恒的，能量不能凭空产生，也不能凭空消失，但有方向性，所以能量耗散与能量守恒不矛盾，故A错误；
B．在轮胎爆裂这一短暂过程中，气体膨胀，对外做功，而热传递很小，则根据热力学第一定律得知：轮胎内气体内能突然减小，温度降低。故B错误；
C．液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故C错误；
D．由表面张力形成的原因可知，液体表面层分子分布比液体内部稀疏，分子间的相互作用表现为引力，故D正确；
12．D
【详解】
该空调向室内放出的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能转化而来，另一部分则是通过从外界吸收，因此并不违反能量守恒定律，故选项D正确，ABC错误。
故选D。
13．C
【详解】
A．蓄水池中能用于发电的水的重力势能为
则能源利用效率
A错误；
B．若没有任何阻力，由机械能守恒得
得
由题知，水流下的过程中受到阻力，所以发电时流入下水库的水流速度小于，故B错误；
C．蓄水池中能用于发电的水的重力势能全部转化为电能，则每天能发电约
故C正确；
D．若重力势能全部转化为电能，平均每天所发电能可供10户居民同时用电时间
由于效率不可能达到100%，可供给10户居民用电时间小于，D错误；
故选C。
14．水力发电机 煤炉燃烧 蒸汽机 太阳能电池
【详解】
水力发电机是把机械能转化为电能。
煤炉燃烧是把化学能转化为热能。
蒸汽机是把内能转化为机械能。
太阳能电池是光能转化为电能。
15．升高 消耗的电能最终转化为内能
【详解】
在墙壁与外界无热传递的封闭房间内，同时开动电冰箱和电风扇，工作一段时间后，房间内的温度会升高，这是因为消耗的电能最终转化为内能，由能量守恒定律可得。
16．化学 内 机械
【详解】
火力发电一般是指利用石油、煤和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压的水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电。在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
在火力发电的过程中实质上是由化学能转化为内能在转化成机械能，最后转化成电能的过程。
17．放热； 减小； 不变；
【详解】
由可得
斜率的倒数和温度成正比，根据图像可知，从状态A到状态B的过程中，气体的体积不变，不对外做功，气体温度减小，内能减小，由热力学第一定律知气体向外界放热；
从状态B到状态C的过程中，气体体积增大，单位体积内分子数减小，单位时间内碰撞器壁单位面积上的气体分子个数减小；
状态C到状态A的过程中斜率不变，气体温度不变，内能不变。
18．火力发电是化学能转化为热能，热能转化为机械能，机械能转化为电能，在能量的转化过程中伴随着能量的损耗，在火力发电过程中，在内能转化为机械能的过程中能量损失的最多，损失的能量主要是通过热传递的方式转化为设备的内能；
水力发电过程中水的机械能转化为水轮机的机械能，水轮机的机械能转化为电能，在能量转化的过程中，水轮机的机械能转化为电能的过程中损失的能量最多，损失的能量通过摩擦生热的方式转化为各部零件的内能。
【详解】
火力发电是化学能转化为热能，热能转化为机械能，机械能转化为电能，在能量的转化过程中伴随着能量的损耗，在火力发电过程中，在内能转化为机械能的过程中能量损失的最多，损失的能量主要是通过热传递的方式转化为设备的内能；水力发电过程中水的机械能转化为水轮机的机械能，水轮机的机械能转化为电能，在能量转化的过程中，水轮机的机械能转化为电能的过程中损失的能量最多，损失的能量通过摩擦生热的方式转化为各部零件的内能。
19．温度升高，见解析
【详解】
因为与外界没有热交换，看似总热量守恒，但是冰箱在工作，就要耗电，相应的电路原件要发热，所以电能转化为热能，因此最后房间内的温度要升高。
20．(1) (2) (3)
【详解】
(1)由速度﹣时间图象，煤块匀变速运动的加速度大小：
由牛顿第二定律得：
所以煤块与传送带间的动摩擦因数：
(2)由速度﹣时间图象，传送带速度大小：，煤块初速度大小，
煤块在传送带上滑动后与传送带相对静止．
前内煤块的位移：，方向向左，
后内煤块的位移：，方向向右，
内煤块的位移：，方向向左，
煤块接着在传送带上向右匀速运动，时间：，
煤块在传送带上运动的时间；
(3)煤块在传送带上滑动的内，皮带的位移，方向向右；
煤块与传送带间的相对位移
整个过程中摩擦产生的热量：